最大容量等等每个端点指定一种传输类型所有设备都有一个端点0通常为控制端点用于配置和控制各设备其他端点在设备配置后才能生效 返 回 上 页 下 页 2管道 管道Pipe是USB系统通信驱动程序和端点组成的通信通道其中传输的数据称为通信流可实现主机的一个内存缓冲区和设备的端点之间的数据传输主机USB系统软件和设备的端点0之间的连接称为缺省管道默认管道管道只有主机和设备连接配置生效后才能形成管道的序列号是主机临时给定的当设备从主机移去时管道同时取消 返 回 上 页 下 页 管道分为流管道 Stream Pipe 和消息管道 Message Pipe 流管道在传输数据时对数据分组没有结构要求数据在管道中以顺序先进先出方式单向传输支持批量同步和中断传输方式消息管道通常以双向方式与端点进行数据传输通信流具有一定的结构以便命令可靠地被识别和传输传输时由主机向USB设备发出请求然后在适当的方向上传输数据端点在后来的某个时刻返回一个状态作为响应缺省管道总是消息管道消息管道支持控制传输类型通信流的示意图如图所示 返 回 上 页 下 页 6USB接口工作过程 USB设备可以即插即用但在使用之前必须对设备进行配置一旦设备连接到某一个USB的端口上USB就会产生一系列的操作来完成对设备的配置这种操作被称为总线枚举enumeration过程只有枚举成功了接口才能正常工作USB的基本工作过程如下 ①USB设备接入主机后无源设备插入主机或有源 设备重新供电主机通过检测信号线上的电平 变化发现设备的接入 ②主机通过询问设备获取确切的信息 ③主机得知设备连接到哪个端
口上并向这个端口发 出复位命令 返 回 上 页 下 页 ④设备上电所有的寄存器复位并且以缺省地址0以及 端点0响应命令 ⑤主机通过缺省地址与端点0进行通讯并赋予设备空闲 的地址以后设备对该地址进行响应 ⑥主机读取设备状态确认设备的属性 ⑦主机依照读取的USB状态进行配置如果设备所需 的USB资源得以满足就发送配置命令给设备该 设备就可以使用了枚举过程结束 ⑧当通信任务完成后该设备被移走时无源设备拔 出主机端口或有源设备断电设备向主机报告 主机关闭端口释放相应资源 返 回 上 页 下 页 基于USB接口的诸多优点越来越多的智能仪器系统需要设置USB接口目前已有微处理器厂商推出具有USB接口的产品如Silabs公司的C8051F3601带有一个USB口这类产品只要按照其使用手册编程即可实现USB接口功能对于不具备USB口的微处理器可通过专用芯片实现其USB接口功能有多家公司不断推出USB接口专用芯片如Philips公司的PDIUSBD11PDIUSBD12NetChip的NET288NS公司的USBN96039604等 返 回 上 页 下 页 85 现场总线 随着计算机功能的不断增强价格急剧降低计算机与计算机网络系统得到迅速发展据统计过去二十年中计算机和通信的年增长率不低于25是计算机集成制造系统的实施具备了良好的物质基础但处于企业生产过程底层的测控自动化系统要与外界交换信息要实现整个生产过程的信息集成要实施综合自动化就必须设计出一种能够在工业现场环境运行的性能可靠造价低廉的通信系统以实现现场自动化智能设备之间的多点数字通信形成工厂底层网络系统实现底层现场设备
之间以及生产现场与外界的信息交换现场总线就是在这种背景下产生的 返 回 上 页 下 页 传输信号数字化是实现数字通信的基础1983年Honeywell推出了智能化仪表使现场与控制室之间的连接由模拟信号过渡到了数字信号自此以后的几十年间世界上各大公司都相继推出了各有特色的智能仪表这些模拟数字混合仪表克服了单一模拟仪表的多种缺陷给自动化仪表的发展带来了新的生机为现场总线的诞生奠定了基础但这种数字模拟信号混合运行方式只是一种不得已的过渡状态其系统或设备间只能按模拟信号方式一对一地布线难以实现智能仪表之间的信息交换智能仪表能处理多个信息和复杂计算的优越性难以充分发挥 返 回 上 页 下 页 这些以微处理器芯片为基础的各种智能仪表为现场信号的数字化以及实现复杂的应用功能提供了条件但不同厂商所提供的设备之间的通信标准不统一严重束缚了工厂底层网络的发展从用户到设备制造商都强烈要求形成统一的标准组成开放互连网络把不同厂商提供的自动化设备互连为系统这里的开放意味着对同一标准的共同遵从意味着这些来自不同厂商而遵从相同标准的设备可互连为一致通信系统从这个意义上说现场总线就是工厂自动化领域的开放互连系统开发这项技术首先必须制定相应的统一标准 返 回 上 页 下 页 1984年美国仪表协会ISA下属的标准与实施工作组中的ISASP50开始制定现场总线标准1985年国际电工委员会决定由Proway Working Group负责现场总线体系结构与标准的研究制定工作1986年德国开始制定过程现场总线Process Fieldbus标准简称为PROFIBUS由此拉开了现场
总线标准制定及其产品开发的序幕 返 回 上 页 下 页 SiemensRocemountABBFoxboroYokogawa等80家公司联合成立了ISPInteroperable System Protocol组织着手在PROFIBUS的基础上制定现场总线标准1993年以HoneywellBailey等公司为首成立了World FIPFactory Instrumentation Protocol组织有120多个公司加盟该组织并以法国标准FIP为基础制定现场总线标准此时各大公司均已清醒地认识到现场总线应该有一个统一的国际标准现场总线技术势在必行但总线标准的制定工作并非一帆风顺由于行业与地域发展历史等原因加之各公司和企业集团受自身商业利益的驱动致使总线的标准化工作进展缓慢 返 回 上 页 下 页 1994年ISP和World FIP北美部分合并成立了现场总线基金会推动了现场总线标准的制定和产品开发于1996年第一季度颁布了低速总线H1的标准安装了示范系统将不同厂商的符合规范的仪表互连为控制系统和通信网络是H1低速总线开始进入实用阶段 返 回 上 页 下 页 与此同时在不同行业还陆续派生出一些有影响的总线标准它们大都在公司标准的基础上逐渐形成并得到其他公司厂商用户以至于国际组织的支持大千世界众多行业需求各异加上要考虑已有各种总线产品的投资效益和各个公司的商业利益预计在今后一段时间内会出现几种现场总线标准共存同一生产现场有几种异构网络互连通讯的局面但发展共同遵从的统一的标准规范真正形成开放互连系统是大势所趋 返 回 上 页 下 页 maxbook118com线的特点与优点 现场总线系统打破了传统控制系统的结构形式传统
模拟控制系统采用一对一的设备连线按控制回路分别进行连线现场总线系统由于采用了智能能够把原先DCS系统中处于控制室的控制模块各输入输出模块置入现场设备加上现场设备具有通信功能现场的测量变送仪表可以与阀门等执行机构直接传送信号因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表直接在现场完成实现了彻底的分散控制 返 回 上 页 下 页 由于采用数字信号替代模拟信号因而可实现一对电线上传输多个信号包括多个运行参数值多个设备状态故障信息同时又为的多个设备提供电源现场设备以外不再需要模数数模转换部件这样就为简化系统结构节约硬件设备节约连线电源与各种安装维护费用创造了条件 返 回 上 页 下 页 现场总线系统在技术上具有以下特点 ●系统的开放性 开放是指相对标准的一致性公开性强调对标准的共识与遵从一个开放系统是指它可以与世界上任何地方遵守相同标准的其他设备或系统连线通信协议一致公开各不同厂家的设备之间可实现信息交换现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统用户可按自己的需要和考虑把来自不同供应商的产品组成大小随意系统通过现场总线构筑自动化领域的开放互连系统 返 回 上 页 下 页 ●互可操作性和互用性 互可操作性是指实现互联 设备间系统间的信息传送与沟通而互用则意 味着不同生产厂家的性能类似的实现可相互替 换 ●现场设备的智能化和功能自治性 它将传感测量 补偿计算工程量处理与控制等功能分散到现场 设备中完成仅靠现场设备即可完成自动控制的 基本功能并可随时诊断设备的运